自清洁两性离子纳米纤维膜可高效分离水包油乳液

Sci. Total Environ.：自清洁两性离子纳米纤维膜可高效分离水包油乳液

DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.138876

膜分离过程中油和细菌的粘附给运行成本和膜的使用寿命带来了巨大挑战。同时，污水中强烈的化学腐蚀也严重限制了膜的耐用性。本文通过结合原位交联的聚磺酸甜菜碱（PSBMA）和电纺聚醚砜（PES）纳米纤维，开发了一种制备具有自清洁功能的高度稳定且高效的两性离子纳米纤维膜（NFM）的简便策略。由于引入了两性离子官能团，因此PSBMA/PES NFM具有出色的防污能力（3个循环的原油污染/自清洁和长达7天的细菌粘附/排斥测试）。此外，该膜在酸性、碱性和含盐环境中也表现出显著的化学稳定性；对分层油/水混合物和水包油型乳液均显示出优异的分离性能。此外，该膜能够在连续的油/水混合物分离过程中去除细菌。总体而言，所提出的策略为开发用于各种腐蚀性环境中复杂含油废水修复的长期防污膜材料提供了新的思路。

图1.（a）PSBMA/PES NFMs的制备示意图；浸入水中之前（be）和之后（b'-e'）的NFMs的SEM图像（b，b'：F-0；c，c'：F-2；d，d'：F-4 ；e，e'：F-6）；（f）F-6的SEM元素图，比例尺：1μm。

图2.（a）F-6的EDS图；（b）和（c）浸入水中之前F-0和F-6的纳米纤维直径分布；（d）FTIR光谱，（e）XPS宽光谱，（f）元素含量和（g）相应的高分辨率XPS N1s光谱；（h）制备的NFMs的TGA曲线和（i）相应的DTG曲线。

图3.（a）动态图像显示了水在10秒内散布在NFMs上。（b）空气中相应的WCA曲线（平均值±SD，n=3）；（c）各种油滴在PSBMA/PES NFMs表面上的UWOCA图像，以及（d）在不同pH环境中，两性离子NMFs的UWOCA图像（1 mol L-1 HCl，10 wt％NaCl和1 mol L-1 NaOH）。

图4.（a）以原油为模型污染物的纯PES NFM（F-0）和PSBMA/PES NFM（F-6）的示范性自清洁过程；（b）F-6的可重复使用性能；（c）PSBMA/PES NFMs对原油的防污机理示意图。

图5.（a）在不同时间附着在NFMs上的金黄色葡萄球菌的典型荧光图像，比例尺：10μm；（b，c）分别从第一天和第七天的荧光图像计算出相应的NFMs细菌附着数量；（与F-0相比，p值对应于PSBMA/PES NFMs的活和死金黄色葡萄球菌总数，**，p<0.01； ***，p<0.001）；（d）在NFMs上不同孵育时间下的金黄色葡萄球菌菌落的照片和（e）相应的细菌生存力。所有值均表示为平均值±SD，n=5。

图6.（a）30 mL正己烷溶液（苏丹红染色）和（b）30 mL水（亚甲基蓝染色）的照片；（c）用F-6分离后的30 mL正己烷/水混合物（v/v：1/2）的照片，以及（d）相应的正己烷和滤液的紫外-可见光谱图；（e）三种油/水混合物的F-6的水通量和（f）三种水环境的F-6的水通量；所有值均表示为平均值±SD，n=3； （g）正己烷/水混合物分离50个循环期间的水通量。

图7.（a，b）照片展示了油/水混合物分离期间细菌的去除过程；（c）进料细菌悬浮液和含有两种浓度（106、107和108 CFU mL-1）的两种细菌悬浮液（大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）的过滤溶液的琼脂平板照片；以及（d）三种浓度的这两种细菌悬浮液的相应细菌去除率；（e）进料细菌悬浮液和过滤溶液的OD600值。所有实验数据均以平均值表示（平均值±SD，n=3）。

图8.（a）重力驱动正己烷-水乳液（20 mL）分离装置的照片。（b，d，f）在过滤前和（c，e，g）在过滤后，乳液的照片、乳液的液滴尺寸分布以及乳剂的相应光学显微镜图像。比例尺：50μm；（h）用于水包油乳液分离的PSBMA/PES NFMs进料溶液和过滤溶液中的油含量；（i）PSBMA/PES NFM（F-6）在水包油乳液分离中的可回收性。

链接地址：http://www.espun.cn/News/Detail/43238

文章来源：易丝帮